zone sismiche – progetti e pratiche per il genio civile
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zone sismiche – progetti e pratiche per il genio civile
Riccardo Mariotti PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE PROCEDURE PER LA PRESENTAZIONE DI PROGETTI E DOCUMENTI RELATIVI AD EDIFICI NUOVI ED ESISTENTI IN CEMENTO ARMATO E MURATURA Progetto e verifica sezioni in c.a. Materiali e durabilità delle opere Dimensionamento del copriferro Particolari costruttivi Edifici in muratura Recupero di edifici in c.a. e muratura SECONDA EDIZIONE SOFTWARE INCLUSO MODULISTICA PER LA PRESENTAZIONE DELLE PRATICHE AGLI UFFICI DEL GENIO CIVILE III INDICE PREFAZIONE.................................................................................................................... p. 1 1. MATERIALI................................................................................................................ 1.1.Calcestruzzo........................................................................................................ 1.1.1. Calcestruzzo indurito........................................................................ 1.1.2. Resistenze caratteristiche a compressione di calcolo....................... 1.1.3. Fattori che influenzano la resistenza del calcestruzzo..................... 1.2.Acciaio................................................................................................................ 1.3. Controllo di accettazione calcestruzzo (cap. 11.2 e 11.3 del D.M. 14-01-2008)............................................................. 1.4. Controllo accettazione acciaio............................................................................ 1.5. Materiali edifici in muratura............................................................................... 1.5.1. Malte per murature........................................................................... 1.5.2. Elementi resistenti in muratura........................................................ 1.6. Meccaniche delle murature................................................................................. 1.6.1. Resistenza a compressione............................................................... 1.6.2. Resistenze di progetto...................................................................... 1.7. Prove di accettazione per edifici in muratura .................................................... 1.7.1. Controlli di accettazione................................................................... 1.7.2. Prove di accettazione sulle malte secondo la bozza delle nuove N.T.C. 2015...................................... 2. ELEMENTI STRUTTURALI IN CEMENTO ARMATO E COSTRUZIONI DI MURATURA......................................................................... 2.1. Le travi................................................................................................................ 2.2.Pilastri................................................................................................................. 2.3. Nodi trave pilastro.............................................................................................. 2.4. Pareti in cemento armato.................................................................................... 2.5. Tamponamenti e strutture secondarie................................................................. 2.5.1. Elementi secondari........................................................................... 2.5.2. Verifica tamponamenti...................................................................... 2.5.3. Effetti dei tamponamenti sul comportamento strutturale.......................................................... 2.5.4. Armature travi di accoppiamento..................................................... 2.6. Le scale............................................................................................................... 2.6.1. Scala con trave a ginocchio e gradini a sbalzo................................ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ 3 3 4 5 5 6 ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ 8 9 10 10 12 14 14 18 19 19 ˝ 20 ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ 21 21 35 44 47 50 50 51 ˝ ˝ ˝ ˝ 52 57 57 59 IV ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE 2.6.2. Scala a soletta rampante................................................................... p. 60 2.7.Solai.................................................................................................................... ˝ 60 2.7.1. Solai a nervature parallele................................................................ ˝ 61 2.7.2. Verifica di deformabilità .................................................................. ˝ 63 2.7.3. Solai a nervature incrociate.............................................................. ˝ 65 2.7.4. Verifica per carichi concentrati......................................................... ˝ 65 2.7.5. Verifica carichi orizzontali distribuiti sui parapetti dei terrazzi................................................... ˝ 67 2.8. Le fondazioni...................................................................................................... ˝ 68 2.8.1. Modello geotecnico.......................................................................... ˝ 69 2.8.2. Carico di rottura del terreno............................................................. ˝ 69 2.8.3. Criteri generali di progetto............................................................... ˝ 72 2.8.4. Le onde sismiche.............................................................................. ˝ 72 2.8.5. Fenomeni di liquefazione................................................................. ˝ 75 2.8.6. Amplificazione locale del suolo ...................................................... ˝ 77 2.8.7. Fondazioni superficiali..................................................................... ˝ 77 2.9. Fondazioni a plinto............................................................................................. ˝ 86 2.9.1. Verifica al punzonamento di lastre soggette a carichi concentrati............................................. ˝ 88 2.10. Collegamenti orizzontali tra fondazioni............................................................. ˝ 90 2.11. Fondazioni a trave rovescia................................................................................ ˝ 91 2.12.Platee................................................................................................................... ˝ 95 2.13.Cedimenti............................................................................................................ ˝ 95 2.13.1. Cedimenti assoluti e differenziali ammissibili................................. ˝ 98 2.14. Cenni alle fondazioni indirette su pali................................................................ ˝ 99 2.14.1. Ripartizione del carico in una palificata........................................... ˝ 101 2.14.2. Sintesi normativa fondazioni su pali punto §6.4.3 del D.M. 2008............................................................. ˝ 102 2.15. Costruzioni di muratura...................................................................................... ˝ 106 2.15.1. Cordoli in cemento armato............................................................... ˝ 107 2.15.2. Spessore dei muri e snellezza........................................................... ˝ 108 2.15.3. Analisi strutturale............................................................................. ˝ 108 2.15.4. Resistenza a compressione............................................................... ˝ 109 2.15.5. Resistenze di progetto...................................................................... ˝ 112 2.15.6. Verifiche agli stati limite ultimi........................................................ ˝ 113 2.15.7. Verifiche agli stati limite di esercizio............................................... ˝ 120 2.15.8. Metodi di analisi............................................................................... ˝ 121 3. DURABILITÀ DELLE OPERE E SCELTA DEL COPRIFERRO MINIMO............................................................. 3.1. Classi di esposizione del calcestruzzo................................................................ 3.2. Classi di consistenza del calcestruzzo................................................................ ˝ 126 ˝ 128 ˝ 129 4. DISTANZA TRA COSTRUZIONI CONTIGUE..................................................... ˝ 134 V INDICE 5. TIPOLOGIE STRUTTURALI E RISOLUZIONE DELLO SCHEMA STATICO................................................... p. 136 5.1. Carichi verticali e masse..................................................................................... ˝ 137 5.1.1. Pesi propri dei materiali strutturali................................................... ˝ 137 5.1.2. Carichi permanenti non strutturali (G2)............................................ ˝ 137 5.1.3. Elementi divisori interni (tramezzi)................................................. ˝ 137 5.1.4. Carichi variabili................................................................................ ˝ 138 5.1.5. Carico neve....................................................................................... ˝ 139 5.1.6. Azione del vento............................................................................... ˝ 139 5.2. Combinazione delle azioni................................................................................. ˝ 144 5.3. Baricentro delle masse e delle rigidezze............................................................ ˝ 146 5.4. Il fattore di struttura............................................................................................ ˝ 150 5.5. Strutture a telaio.................................................................................................. ˝ 159 5.6. Strutture a pareti................................................................................................. ˝ 161 5.7. Strutture miste telaio-pareti................................................................................ ˝ 163 5.8. Strutture deformabili torsionalmente.................................................................. ˝ 163 5.9. Strutture a pendolo inverso................................................................................. ˝ 163 5.10. Criteri di progetto............................................................................................... ˝ 163 5.11. Regolarità delle strutture.................................................................................... ˝ 165 5.12. Dimensionamento e verifica degli elementi strutturali...................................... ˝ 167 5.12.1. Cenni ai metodi di analisi................................................................. ˝ 168 5.12.2. Altezza massima dei nuovi edifici.................................................... ˝ 175 6. EDIFICI SEMPLICI IN MURATURA: VERIFICA SISMICA PER COSTRUZIONI IN ZONA 4...................................... 6.1. Analisi statica lineare secondo il D.M. 16-01-1996........................................... 6.2. Edifici semplici in muratura in zona sismica..................................................... 7. PROCEDURE DI PRESENTAZIONE PRATICHE GENIO CIVILE E DOCUMENTAZIONE TECNICA DI PROGETTO............................................ 7.1. Documentazione................................................................................................. 7.2. Varianti sostanziali e non sostanziali al progetto............................................... 7.3. Opere di trascurabile importanza........................................................................ 7.4. Sistema informativo Genio Civile – Trasmissione telematica delle pratiche............................................................ ˝ 176 ˝ 177 ˝ 178 ˝ ˝ ˝ ˝ 184 184 189 190 ˝ 191 8. ANALISI E VERIFICHE CON L’AUSILIO DI CODICI DI CALCOLO........................................................ 8.1. Relazione di accettabilità dei risultati – Esempio di calcolo ............................ 8.2. La trave continua (equazioni dei tre momenti).................................................. ˝ 209 ˝ 210 ˝ 221 9. COLLAUDO STATICO IN CORSO D’OPERA..................................................... 9.1. Il collaudo statico .............................................................................................. 9.2. Controllo della resistenza del calcestruzzo in opera.......................................... ˝ 225 ˝ 225 ˝ 231 VI ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE 9.3. 9.2.1. Controlli distruttivi........................................................................... p. 231 Prove di carico.................................................................................................... ˝ 235 9.3.1. Le prove con carichi distribuiti........................................................ ˝ 235 9.3.2. Le prove con carichi concentrati...................................................... ˝ 235 9.3.3. Le prove di carico sui pali di fondazione......................................... ˝ 235 10. COSTRUZIONI ESISTENTI IN MURATURA E CEMENTO ARMATO.............................................................. 10.1. Criteri generali di progettazione......................................................................... 10.2. Valutazione della sicurezza................................................................................. 10.3. Classificazione degli interventi........................................................................... 10.3.1. Intervento di adeguamento............................................................... 10.3.2. Intervento di miglioramento............................................................. 10.3.3. Riparazione o intervento locale........................................................ 10.4. Caratterizzazione meccanica dei materiali......................................................... 10.5. Livelli di conoscenza e fattori di confidenza...................................................... 10.6. I livelli di conoscenza per costruzioni in cemento armato o acciaio (C8A.1.B.3)................................. 10.7. I livelli di conoscenza per le costruzioni in muratura portante (C8A.1.A.4)......................................... 10.8. Costruzioni in cemento armato........................................................................... 10.8.1. Stato limite di collasso..................................................................... 10.8.2. Stato limite di salvaguardia della vita.............................................. 10.8.3. Stato limite di esercizio.................................................................... 10.8.4. Sintesi dei criteri di analisi e di verifica della sicurezza.................. 10.9. Criteri e tipi di intervento................................................................................... 10.10.Progetto dell’intervento...................................................................................... 10.11. Cenni alle tecniche di consolidamento............................................................... 10.11.1. Applicazione di lamine in acciaio con la tecnica del “beton plaquè” (rif. C8A.7.2 del D.M. 16-01-2008)................................................. 10.11.2. Rinforzo con fibre a matrice polimerica (FRP) (rif. C8A.7.3 del D.M. 16-01-2008)................................................. 10.11.3. Incamiciatura con nuove armature (rif. C8A.7.1 del D.M. 16-01-2008)................................................. 10.11.4. Interventi locali e di miglioramento in edifici in cemento armato............................................................. 10.12.Costruzioni esistenti in muratura portante.......................................................... 10.12.1. Il rilievo geometrico e tipologico..................................................... 10.12.2. Diagnostica dello Stato Attuale........................................................ 10.12.3. Indagini non distruttive su murature esistenti.................................. 10.12.4.Endoscopia........................................................................................ 10.12.5. Termografia....................................................................................... 10.12.6. Martinetti piatti................................................................................. ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ 237 238 240 242 243 244 244 245 246 ˝ 246 ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ 249 250 251 253 253 255 255 257 258 ˝ 258 ˝ 259 ˝ 260 ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ ˝ 264 271 272 273 274 275 275 276 VII INDICE 10.12.7. 10.12.8. 10.12.9. 10.12.10. 10.12.11. 10.12.12. 10.12.13. 10.12.14. 10.12.15. 10.12.16. 10.12.17. 10.12.18. 10.12.19. 10.12.20. 10.12.21. Prove soniche / ultrasoniche.............................................................. p. 278 Indagini sclerometriche.................................................................... ˝ 279 Prove di pull-out............................................................................... ˝ 280 Indagini con pacometro.................................................................... ˝ 280 Valori tabellari di normativa............................................................. ˝ 280 Interventi sulle murature in elevazione............................................ ˝ 282 Interventi di tipo “locale o di riparazione”....................................... ˝ 287 Apertura vani in pareti esistenti e calcolo cerchiature..................... ˝ 288 Interventi migliorativi soggetti a sole verifiche semplificate........... ˝ 291 Altri interventi di modesta entità che si possono essere considerati come locali................................. ˝ 293 Interventi di sopraelevazione di edifici esistenti.............................. ˝ 300 Meccanismi locali di collasso per le murature................................. ˝ 304 Consolidamento delle fondazioni..................................................... ˝ 317 Tecniche di consolidamento di archi e volte in muratura................ ˝ 325 La “curva delle pressioni” – Metodo di Mèry................................. ˝ 332 APPENDICE....................................................................................................................... ˝ 335 ESTRATTO ABACO MURATURE – REGIONE TOSCANA – DIREZIONE REGIONALE DELLE POLITICHE TERRITORIALI E AMBIENTALI SETTORE – SERVIZIO SISMICO REGIONALE................................................................................... ˝ 350 INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE INCLUSO......................................................... Note sul software incluso..................................................................................................... Requisiti hardware e software.............................................................................................. Installazione ed attivazione del software.............................................................................. ˝ ˝ ˝ ˝ ELENCO DEI MODELLI PRESENTI NEL SOFTWARE........................................... ˝ 363 BIBLIOGRAFIA................................................................................................................ ˝ 371 361 361 361 361 1 PREFAZIONE Questa pubblicazione rappresenta la continuazione e l’approfondimento dei precedenti testi “Edifici antisismici in cemento armato” e “Zone sismiche – Progetti e pratiche per il Genio Civile”. Nel testo si fa riferimento ad alcuni elementi tipici degli edifici in cemento armato e muratura secondo il metodo agli stati limite, in osservanza delle Norme Tecniche di cui al D.M. 14 gennaio 2008 e della Circolare n. 617 del 2 febbraio 2009. Particolare attenzione è stata dedicata agli edifici nuovi ed esistenti in muratura ordinaria con particolare riferimento al recupero edilizio. Il volume analizza gli aspetti pratici e teorici della progettazione di edifici in c.a. e muratura nuovi ed esistenti: – materiali da utilizzare con riferimento alla durabilità delle opere e scelta del copriferro; controlli di accettazione in cantiere dei materiali per opere in c.a. e in muratura; – travi: analisi tecnologica e statica di travi a spessore e travi ricalate o emergenti – pilastri: analisi tecnologica e statica; – pareti in cemento armato; – scale: alcune tipologie ed elementi tecnologici, scale con travi a ginocchio e gradini a sbalzo, scale a soletta rampante; – solai: a soletta piena; prefabbricati; gettati in opera; con travetti in cemento armato o laterocemento con blocchi di alleggerimento (pignatte) gettati in opera o parzialmente prefabbricati; solai a nervature incrociate – fondazioni: aspetto geotecnico-meccanico dei terreni; aspetto tecnico-statico; cedimenti assoluti e differenziali; principali fondazioni dirette, travi rovesce, plinti, platee; cenni sulle fondazioni su pali; – elementi secondari quali: tamponamenti, verifiche locali nei solai; – murature nuove ed esistenti; – verifica sismica semplificata per edifici in muratura e per costruzioni in zona 4; – giunti sismici e distanza tra costruzioni contigue; – tipologie delle strutture in cemento armato e muratura con indicazione circa la soluzione dello schema statico e di schemi semplificati come le travi continue; analisi dei carichi statici e dinamici; fattore di struttura e spettro di progetto; – interventi locali, di miglioramento o adeguamento sismico su costruzioni esistenti in cemento armato e muratura; – costruzioni esistenti in muratura, meccanismi locali di collasso, archi e volte. Il testo analizza anche le procedure per la presentazione delle pratiche agli Uffici del Genio Civile con l’indicazione della documentazione necessaria di progetto anche per via telematica. Un capitolo è dedicato anche al collaudo statico in corso d’opera e alle procedure di indagine sui materiali. 2 ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE In appendice è riportato un prontuario con l’indicazione delle principali formule da utilizzare nel progetto e verifica secondo il metodo agli Stati Limite Ultimi e di esercizio ed un abaco delle murature esistenti. Cascina(PI),novembre2015 Ing. Riccardo Mariotti 3 CAPITOLO 1 MATERIALI t 1.1. Calcestruzzo Il calcestruzzo si distingue in due categorie: calcestruzzo a composizione garantita e calcestruzzo a prestazione garantita. Il calcestruzzo a prestazione garantita può essere specificato dal progettista come una miscela progettata con riferimento alle proprietà meccaniche richieste al calcestruzzo. Il calcestruzzo a composizione richiesta o garantita può essere specificato, su richiesta della Stazione Appaltante come miscela prescritta prescrivendo la composizione in base ai risultati di prove preliminari effettuate secondo la procedura di seguito definita, o in base all’esperienza a lungo termine acquisita su calcestruzzo simile. Per il calcestruzzo a «miscela progettata» il progettista ha la responsabilità di specificare le prestazioni richieste ed ulteriori caratteristiche e per il quale il produttore è responsabile della fornitura di una miscela conforme alle prestazioni richieste ed alle ulteriori caratteristiche. Per miscela a composizione richiesta si intende un calcestruzzo del quale il progettista specifica la composizione della miscela ed i materiali da utilizzare. Il produttore è responsabile della fornitura della miscela specificata così come richiesta, ma non risponde delle prestazioni effettive della stessa. Nel caso di calcestruzzo a composizione richiesta, occorre presentare una documentazione delle prove preliminari effettuate, volte a garantire che la composizione richiesta sia adeguata per soddisfare tutti i requisiti riguardanti le prestazioni del calcestruzzo nella fase fresca ed indurita, tenendo conto dei materiali componenti da utilizzare e delle particolari condizioni del cantiere. I dati fondamentali per i calcestruzzi a prestazione garantita, da indicarsi in tutti i casi, comprendono: a) classe di resistenza; b) massima dimensione nominale degli aggregati; c) prescrizioni sulla composizione del calcestruzzo a seconda della sua destinazione d’uso (per esempio: classe di esposizione ambientale; calcestruzzo semplice o armato, normale o precompresso); d) classe di consistenza. Se del caso, dovranno essere determinate le seguenti caratteristiche, secondo le linee guida sul calcestruzzo strutturale del Consiglio Superiore sui Lavori Pubblici: 1) caratteristiche del calcestruzzo indurito: – resistenza alla penetrazione dell’acqua ai fini della permeabilità; – resistenza ai cicli di gelo e disgelo; – resistenza all’azione combinata del gelo e di agenti disgelanti; – resistenza agli attacchi chimici; – requisiti tecnici aggiuntivi. 4 ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE 2) caratteristiche della miscela: – tipo di cemento; – classe di consistenza; – contenuto d’aria; – sviluppo di calore durante l’idratazione; – requisiti speciali riguardanti gli aggregati; – requisiti speciali concernenti la resistenza alla reazione alcali silice; – requisiti speciali riguardo alla temperatura del calcestruzzo fresco; – requisiti tecnici aggiuntivi. Nel caso di calcestruzzo preconfezionato, vanno considerate anche condizioni supplementari relative al trasporto ed alle procedure di cantiere quali tempo e frequenza delle consegne, trasferimento per pompaggio ecc.. 1.1.1. Calcestruzzo indurito La resistenza a compressione del calcestruzzo viene espressa in termini di resistenza caratteristica, definita come quel valore al di sotto del quale viene a trovarsi dal punto di vista probabilistico il 5% dell’insieme di tutti i possibili valori di resistenza misurati sul calcestruzzo in esame. Classi di resistenza a compressione Il calcestruzzo è classificato in base alla resistenza a compressione, espressa come resistenza caratteristica Rck oppure fck. La resistenza caratteristica Rck viene determinata sulla base dei valori ottenuti da prove a compressione a 28 giorni su cubi di 150 mm di lato; la resistenza caratteristica fck, viene determinata sulla base dei valori ottenuti da prove a compressione a 28 giorni su cilindri di 150 mm di diametro e 300 mm di altezza; i valori, espressi in N/mm2, risultano compresi in uno dei seguenti campi: – calcestruzzo non strutturale: C8/10 – C12/15; – calcestruzzo ordinario: C16/20 – C45/55; – calcestruzzo ad alte prestazioni: C50/60 – C60/75; – calcestruzzo ad alta resistenza: C70/85 – C100/115. Non è ammesso l’uso di conglomerati di classe inferiore a C20/25 per costruzioni in zona sismica. Per ciascuna classe di calcestruzzo impiegato devono essere conosciuti e riportati nelle relazioni di calcolo i seguenti valori caratteristici: – resistenza di calcolo a trazione (fctd); la resistenza a trazione del calcestruzzo dovrà essere prescritta e misurata o come resistenza «indiretta» (per spacco, fct,sp, prova brasiliana; a flessione, fct,fl, prova su tre punti; rispettivamente UNI 6135 e UNI 6130) o come resistenza «diretta» (prova assiale, fct, RILEM CPC7 ovvero ISO 4108). La resistenza media a trazione fctm, può anche essere espressa, in via approssimata, sempre a 28 giorni, dai risultati della prova di trazione indiretta, oppure tramite la seguente relazione (FIP-CEB MC90 ed EC2): fctm = 0,30 fck2/3 = 0,27 Rck2/3 (N/mm2). La resistenza caratteristica a trazione fctk può essere assunta pari a fctk = 0.70 fctm. – resistenza a rottura per flessione (fcfm); – resistenza tangenziale di calcolo (tRd); – modulo elastico normale (E); 5 1. MATERIALI – – – – – – modulo elastico tangenziale (G); coefficiente di sicurezza allo Stato Limite Ultimo del materiale (gc); resistenza cubica caratteristica del materiale (Rck); coefficiente di omogeneizzazione; peso specifico; coefficiente di dilatazione termica. 1.1.2. Resistenze caratteristiche a compressione di calcolo La deformazione massima ec max è assunta pari a 0,0035. Per il calcestruzzo la resistenza di calcolo a compressione, fcd, è: fcd = acc · fck / gC dove: – acc è il coefficiente riduttivo per le resistenze di lunga durata pari a 0,85; – gc è il coefficiente parziale di sicurezza relativo al calcestruzzo pari a 1,5; – fck è la resistenza caratteristica cilindrica a compressione del calcestruzzo a 28 giorni. La resistenza caratteristica cilindrica fck del conglomerato è data da fck = 0,83 · Rck essendo Rck la resistenza caratteristica cubica a compressione. I diagrammi costitutivi del calcestruzzo sono adottati in conformità alle indicazioni riportate al punto 4.1.2.1.2.2 del D.M. 14-01-2008; in particolare per le verifiche effettuate a pressoflessione retta e pressoflessione deviata dovrà essere adottato nei calcoli uno dei modelli riportati in figura 1. Figura 1. Diagrammi di calcolo tensione/deformazione del calcestruzzo 1.1.3. Fattori che influenzano la resistenza del calcestruzzo – Quantità di cemento: la resistenza del calcestruzzo aumenta quasi proporzionalmente al quantitativo di cemento impiegato; tuttavia dosi eccessive normalmente maggiori di 500 kg/m3 sono inutili o addirittura possono risultare dannose. – Composizione degli aggregati: gli aggregati devono essere di buona qualità, puliti e dosati accuratamente. Per ottenere un buon calcestruzzo la miscela di aggregati deve avere una 6 ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE – – – – corretta granulometria, ottenuta mescolando in proporzioni opportune aggregati di tipo diverso. Gli inerti formano lo scheletro solido portante del calcestruzzo e ne costituiscono la percentuale prevalente in peso e volume: la loro qualità è determinante per la buona riuscita del calcestruzzo. Per minimizzare il volume dei vuoti nell’impasto, si devono usare aggregati di diverso diametro: – aggregati a grana grossa (ghiaia o pietrisco); – aggregati a grana fine (sabbia). Il controllo della granulometria viene fatto tracciando la curva granulometrica della miscela, (curva o fuso di “Fuller”) che si ottiene riportando in un diagramma, in funzione del diametro, la percentuale in peso degli aggregati passanti in crivelli con fori di diametro crescente. Un criterio valido per giudicare della qualità della curva consiste nel verificare che essa sia contenuta all’interno di una zona. Rapporto acqua/cemento (A/C): per la presa del calcestruzzo sono necessari circa 40 litri di acqua per ogni 100 kg di cemento, ma per rendere il calcestruzzo lavorabile questa quantità deve aumentare a circa il doppio. Tuttavia, come noto, all’aumentare del rapporto acqua/ cemento la resistenza meccanica del calcestruzzo diminuisce drasticamente. È bene allora tenere un rapporto acqua/cemento paria 0,5 che media la necessità di avere un calcestruzzo lavorabile e di ottima resistenza meccanica. All’occorrenza si può ricorrere all’aggiunta di fluidificanti per migliorare la lavorabilità e tenere valori più bassi del rapporto (A/C). Acqua di impasto: è l’acqua che combinandosi con il cemento nel fenomeno dell’idratazione (reazione chimica esotermica), dà luogo alla “presa” che trasforma l’impasto in una massa solida. Terminata la fase di presa inizia la fase di indurimento. L’acqua da usare nell’impasto deve essere il più possibile pura, è consigliabile l’uso di acqua potabile. Devono essere evitate acque contenenti percentuali elevate di solfati e le acque contenenti rifiuti di origine organica o chimica. La presenza di impurità infatti interferisce con la presa, provocando una riduzione della resistenza del conglomerato. Additivi: fluidificanti, antigelo, ritardanti di presa, ecc.. Condizioni ambientali durante la maturazione: la velocità della presa del cemento aumenta rapidamente con la temperatura. Il caldo secco e la diretta esposizione al sole sono dannosi, perché producono l’evaporazione dell’acqua superficiale. È buona norma in estate mantenere il getto in estate coperto e bagnato. Il freddo rallenta la presa. Se l’acqua gela, la formazione del ghiaccio interrompe il processo e la dilatazione dovuta al ghiaccio rompe i legami già formati. I processi chimici della presa del cemento si protraggono per anni e le prestazioni meccaniche variano di conseguenza. Le condizioni di umidità durante la stagionatura influenzano la resistenza finale del calcestruzzo. Una maturazione accelerata del getto può essere ottenuta con trattamenti con vapore ad alta temperatura in tal modo a 24 ore si hanno già resistenze dell’ordine del 60% delle resistenze a 28 giorni con normale maturazione; questo tipo di maturazione è tipico degli elementi prefabbricati. t 1.2. Acciaio La norma UNI EN 10027-1 fissa i sistemi di designazione alfanumerica degli acciai. La designazione in base all’impiego ed alle caratteristiche meccaniche o fisiche (gruppo 1) prevede che l’acciaio strutturale sia definitivo con una sigla alfanumerica la cui prima è: 7 1. MATERIALI – B: per acciaio da utilizzare per le opere in calcestruzzo armato ordinario; – Y: per acciaio da utilizzare per le opere in calcestruzzo armato precompresso; – S: per acciaio da utilizzare per le carpenterie metalliche. Di seguito alla sigla viene riportato il valore della tensione di snervamento minima in N/mm2 (MPa). Infine la sigla riporta altre lettere che individuano le caratteristiche della acciaio ad esempio per gli acciai da carpenteria può essere riportato: – JR: acciaio con resilienza minima di 27 J a 20 °C; – KR: acciaio con resilienza minima di 40 J a 20 °C. Ad esempio una sigla S235JR indica un acciaio da carpenteria metallica con tensione di snervamento di 235 N/mm2 e resilienza non inferiore a 27. Il D.M. 14-01-2008, in riferimento all’acciaio da cemento armato normale (figura 2), o acciaio per armatura lenta, prevede l’utilizzo solo delle seguenti classi di acciaio ad aderenza migliorata: – B450C (acciaio laminato a caldo): caratterizzato da una tensione di rottura non inferiore a 540 N/mm2, da una tensione di snervamento non inferiore a 450 N/mm2 e da un allungamento totale a carico massimo non inferiore al 7%; – B450A (acciaio trafilato a freddo): caratterizzato da una tensione di rottura non inferiore a 540 N/mm2, da una tensione di snervamento non inferiore a 450 N/mm2 e da un allungamento totale a carico massimo non inferiore al 3%. Questo tipo di acciaio ha pertanto minore duttilità rispetto al precedente. La normativa prevede inoltre per l’acciaio B450A una tensione di progetto fyd inferiore a quella dell’acciaio B450C. Per l’acciaio B450C la tensione di snervamento fyk viene divisa per il solo coefficiente parziale di sicurezza dell’acciaio γf = 1,15 secondo la formula: fyd = fyk / γf mentre per il B450A anche per un ulteriore coefficiente di modello γe = 1,20 secondo la formula: fyd = fyk / (γf · γe). Figura 2. Diagrammi di calcolo tensione/deformazione acciaio Il D.M. 14-01-008 prevede le seguenti tipologie di acciaio da cemento armato ordinario: – barre: in acciaio tipo B 450 C (6 mm ≤ Ø ≤ 50 mm) e tipo B 450 A (5 mm ≤ Ø ≤ 10 mm); – rotoli: in acciaio tipo B 450 C (Ø ≤ 16 mm) e tipo B 450 A (Ø ≤ 10 mm); – reti e tralicci elettrosaldati: in acciaio tipo B 450 C (6 mm ≤ Ø ≤ 16 mm) e tipo B 450 A (5 mm ≤ Ø ≤ 10 mm). 21 CAPITOLO 2 ELEMENTI STRUTTURALI IN CEMENTO ARMATO E COSTRUZIONI DI MURATURA t 2.1. Le travi Le travi in cemento armato si dividono in travi in spessore e travi ricalate o emergenti. Le travi in spessore sono contenute all’interno dello spessore del solaio. Nei calcoli di solito si considera la sezione di tipo rettangolare. La trave ricalata potrebbe assumere anche la forma a T o ad L quando il momento è positivo e la trave risulta tesa nella parte inferiore. Secondo la normativa vigente in fase di progettazione occorre tenere presente che le travi di norma debbono essere ricalate avendo le travi in spessore delle forti limitazioni geometriche, come descritto in seguito. La scelta del tipo di trave è influenzata non solo da esigenze statiche ma anche dalle scelte architettoniche, tipologiche e funzionali. Ne deriva che fin dalla fase del cosiddetto progetto architettonico occorre prevedere la struttura portante nelle sue linee essenziali redigendo in definitiva un progetto non solo architettonico ma esecutivo tramite il quale poter passare al progetto definitivo senza troppi stravolgimenti all’idea iniziale. Già in fase di progettazione architettonica dovrà allora essere ben chiaro quale sarà il sistema portante del fabbricato con l’impostazione di massima della carpenteria che consenta di sopportare le azioni sismiche orizzontali in entrambe le direzioni principali dello stesso. Cercare in questa fase forme il più possibile regolari, compatte e simmetriche come da sempre hanno suggerito le varie normative sismiche che si sono susseguite negli anni. La soluzione ottimale, più teorica che pratica per edifici, sarebbe avere pilastri quadrati e travi ricalate, dette anche ribassate o a stecca, in entrambe le direzioni con pilastri disposti secondo una maglia regolare in entrambe le direzioni principali del fabbricato. La resistenza all’azione sismica è affidata agli elementi più rigidi e quindi all’insieme costituito da travi ricalate e da pilastri con lato maggiore nella direzione di queste. Si dovrà allora aver cura di disporre in pianta i pilastri allungati in entrambe le direzioni del fabbricato e stesso ragionamento anche per le travi ricalate (vedi figura 3). Luci consigliabili per strutture orizzontali Solo con carichi verticali [m] Carichi verticali e azione sismica [m] Solai 7,00 6,00 Sbalzi 2,50 2,00 Trave ricalata o rialzata 6,00 5,50 Trave in spessore di solaio 5,00 4,50 Elemento 22 ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE Figura 3. Disposizione in pianta di travi e pilastri Il disegno della carpenteria esecutiva deve essere propedeutico al calcolo strutturale assegnando la posizione di travi e pilastri con dimensioni dedotte o dall’esperienza o da schemi semplificati di calcolo. Per esempio si potrà fare un predimensionamento delle travi attraverso le aree di carico considerando i soli carichi verticali. Alla fine di questo primo dimensionamento di massima si avrà a disposizione il disegno della carpenteria in formato DWG o DXF che sarà la base per l’input del calcolo strutturale definitivo. Sollecitazioni di calcolo I momenti flettenti di calcolo, da utilizzare per il dimensionamento o verifica delle travi, sono quelli ottenuti dall’analisi globale della struttura per le combinazioni di carico considerati. Al fine di escludere la formazione di meccanismi inelastici dovuti al taglio, le sollecitazioni di taglio di calcolo VEd si ottengono sommando il contributo dovuto ai carichi gravitazionali agenti sulla trave, considerata incernierata agli estremi, alle sollecitazioni di taglio corrispondenti alla formazione delle cerniere plastiche nella trave e prodotte dai momenti resistenti MRd delle due sezioni di plasticizzazione (generalmente quelle di estremità), amplificati del fattore di sovraresistenza gRd assunto pari, rispettivamente, ad 1,20 per strutture in CD “A”, ad 1,00 per strutture in CD “B” (figura 4). 2. ELEMENTI STRUTTURALI IN CEMENTO ARMATO E COSTRUZIONI DI MURATURA 23 – – Figura 4. Sollecitazioni di calcolo Con riferimento alla figura 4 si ricava il taglio massimo: VEd,max = {[gRd · MRA + gRd · MRB] / l + [(g + y2 · qK) · l] / 2} Per ciascuna direzione e ciascun verso di applicazione delle azioni sismiche, si considerano due valori di sollecitazione di taglio, massimo e minimo, ipotizzando rispettivamente la presenza e l’assenza dei carichi variabili e momenti resistenti MRd, da assumere in ogni caso di verso concorde sulla trave. Nei casi in cui le cerniere plastiche non si formino nella trave ma negli elementi che la sostengono, le sollecitazioni di taglio sono calcolate sulla base della resistenza di questi ultimi. I momenti resistenti sono da calcolare sulla base delle armature flessionali effettivamente presenti, compreso il contributo di quelle poste all’interno della larghezza collaborante di eventuali solette piene, se ancorate al di fuori della campata in esame. Le barre longitudinali in assenza di azioni orizzontali sono di norma sovrapposte sui pilastri in quanto in tali sezioni le travi sono soggette a momento negativo. 24 ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE Tale disposizione delle armature non è corretta in zona sismica perché per effetto dei carichi orizzontali esiste la possibilità, specie per travi debolmente caricate dai carichi verticali, che il momento in prossimità dei pilastri, per effetto dell’azione sismica orizzontale, si inverta passando alternativamente da positivo a negativo. Le barre longitudinali inferiori allora non devono essere interrotte sui pilastri ma prolungate oltre questi per una lunghezza almeno pari a quella di ancoraggio della barra. Proprio per questo motivo la normativa attuale impone che le armature longitudinali delle travi devono attraversare i nodi senza ancorarsi o giuntarsi per sovrapposizione in essi. La larghezza collaborante è da assumersi uguale alla larghezza del pilastro bc (vedi figura 5) su cui la trave confluisce più: – due volte l’altezza della soletta da ciascun lato, nel caso di travi confluenti in pilastri interni (vedi figure 5a e 5b); – due o quattro volte l’altezza della soletta da ciascun lato in cui è presente una trave trasversale di altezza simile, nel caso di travi confluenti rispettivamente in pilastri esterni o interni (vedi figure 5c e 5d). Figura 5. Larghezza collaborante delle travi Flessione Verifica a flessione agli Stati Limite Ultimi sezione rettangolare con armatura semplice di base b ed altezza h Ipotizzando: ss = fyd ec = ecu = – 3,5‰ si può progettare l’armatura in trazione con As = MEd / (0,9 · d · fyd). Per il controllo della duttilità della sezione è in genere bene che risulti: – x/d ≤ 0,45 per calcestruzzo con resistenza fino a C35/45; – x/d ≤ 0,35 per calcestruzzo con resistenza maggiore o uguale a C40/50. eyd < es 2. ELEMENTI STRUTTURALI IN CEMENTO ARMATO E COSTRUZIONI DI MURATURA 25 Figura 6. Trave rettangolare in armatura semplice Nel calcolo di verifica (vedi figura 6) si conoscono le caratteristiche geometriche della sezione e le caratteristiche meccaniche dei materiali, l’area dell’armatura metallica tesa As (armatura in compressione As′ = 0) e il momento di progetto MEd. Occorre determinare il momento resistente di calcolo MRd della sezione e controllare che risulti: MEd ≤ MRd Nei calcoli si ipotizza che il diagramma delle deformazioni presenta una variazione lineare (le sezioni si mantengono piane durante la deformazione), mentre per le tensioni di compressione nel calcestruzzo si considera il solito diagramma parabola-rettangolo. La risultante delle tensioni di trazione (S) passa per il baricentro delle armature tese, mentre la risultante delle tensioni di compressione (C) passa per il baricentro del diagramma che dista dalla corda superiore compressa della sezione della quantità dG = a · x. Il braccio della coppia resistente interna, formata dalle due forze uguali ed opposte C e S, risulta quindi: z = (d – a · x). Determinazione dell’asse neutro La posizione dell’asse neutro si ottiene imponendo la condizione di equilibrio alla traslazione orizzontale, ossia: C = S. Ed essendo: C = – b1 · fcd · x · b; S = AS · fyd dove il coefficiente b1 assume il valore costante di circa 0,81 ed il coefficiente a di 0,416. Sostituendo si ottiene: x = (AS · fyd) / (0,81 · fcd · b). Determinazione dell’allungamento unitario dell’acciaio Considerando i triangoli rettangoli simili del diagramma delle dilatazioni si ha: da cui: dove: – ec = – 3,5‰. ec : x = es : [(d – x)] es = ec · [(d – x) / x] 126 CAPITOLO 3 DURABILITÀ DELLE OPERE E SCELTA DEL COPRIFERRO MINIMO Con riferimento al §4.1.6.1.3 delle NTC, al fine della protezione delle armature dalla corrosione il valore minimo dello strato di ricoprimento di calcestruzzo (copriferro) deve rispettare quanto indicato in Tabella 12, nella quale sono distinte le tre condizioni ambientali riportate nella tabella 4.1.IV delle N.T.C. I valori sono espressi in mm e sono distinti in funzione dell’armatura, barre da c.a. o cavi aderenti da c.a.p. (fili, trecce e trefoli), e del tipo di elemento, a piastra (solette, pareti, …) o monodimensionale (travi, pilastri, …). A tali valori di tabella vanno aggiunte le tolleranze di posa, pari a 10 mm o minore, secondo indicazioni di norme di comprovata validità. I valori della Tabella 12 si riferiscono a costruzioni con vita nominale di 50 anni (Tipo 2 secondo la Tabella 2.4.I delle NTC). Per costruzioni con vita nominale di 100 anni (Tipo 3 secondo la citata Tabella 2.4.I) i valori della Tabella C4.1.IV vanno aumentati di 10 mm. Per classi di resistenza inferiori a Cmin i valori della tabella sono da aumentare di 5 mm. Per produzioni di elementi sottoposte a controllo di qualità che preveda anche la verifica dei copriferri, i valori della tabella possono essere ridotti di 5 mm. Per acciai inossidabili o in caso di adozione di altre misure protettive contro la corrosione e verso i vani interni chiusi di solai alleggeriti (alveolari, predalles, ecc.), i copriferri potranno essere ridotti in base a documentazioni di comprovata validità. Tabella 12. Copriferri minimi in mm Barre da c.a. Elementi a piastra Cmin C0 C25/30 C35/45 C28/35 C40/50 C35/45 C45/55 Ambiente ordinario aggressivo molto aggressivo Barre da c.a. Altri elementi Cavi da c.a.p. Elementi a piastra Cavi da c.a.p. Altri elementi C ≥ C0 Cmin ≤ C ≤ C0 C ≥ C0 Cmin ≤ C ≤ C0 C ≥ C0 Cmin ≤ C ≤ C0 C ≥ C0 Cmin ≤ C ≤ C0 15 20 20 25 25 30 30 35 25 30 30 35 35 40 40 45 35 40 40 45 45 50 50 50 Il copriferro nominale di progetto, da indicare obbligatoriamente sui grafici di progetto, è dato da: Cnom = Cmin + ΔCdev dove: – Cnom = valore nominale di progetto; – Cmin = valore minimo del copriferro; – ΔCdev = la tolleranza di esecuzione relativa al copriferro. Il valore della tolleranza di esecuzione ΔCdev, è assunto di norma pari a 10 mm, ma se in cantiere si prevedono controlli di qualità che comportano la misura dei copriferri, può assumersi ΔCdev = 5 mm. 127 3. DURABILITÀ DELLE OPERE E SCELTA DEL COPRIFERRO MINIMO Nel caso si prevedono particolari controlli di qualità e la possibilità di poter scartare gli elementi strutturali con copriferro non conforme (è il caso in cui si usano elementi prefabbricati), può assumersi Δcdev = 0. Il valore minimo del copriferro è dato da: Cmin = Max (Cmin,b; Cmin,dur; 10 mm) dove: – Cmin,b = copriferro minimo necessario per l’aderenza delle armature; – Cmin,dur = copriferro minimo correlato alle condizioni ambientali (durabilità). Il valore di Cmin,b è da assumersi pari al diametro della barra. Se la dimensione dell’inerte è più grande di 32 mm, il valore di Cmin,b deve essere maggiorato di 5 mm. Le dimensioni minima da assumere per il copriferro in relazione alle condizioni ambientali (Cmin,dur), sono funzione della classe strutturale e della classe ambientale e si ricavano dalla tabella 13 ripresa dall’Eurocodice 2 che qui si riporta. Tabella 13. Copriferro minimo richiesto mm Classe strutturale S1 S2 S3 S4 S5 S6 X0 10 10 10 10 15 20 XC1 10 10 10 15 20 12 Classi di esposizione ambientale XC2/XC3 10 15 20 25 30 35 XC4 15 XD1/XS1 20 25 30 35 40 20 25 30 35 40 45 XD2/XS2 25 30 35 40 45 50 XD3/XS3 30 35 40 45 50 55 La classe strutturale da prendere normalmente a riferimento per gli edifici è la S4 (vita media di progetto della struttura 50 anni). A partire dalla classe strutturale di progetto della struttura, per il dimensionamento del copriferro minimo può farsi riferimento ad altre classe strutturali qualora sussistano le condizioni riportate nella tabella 14. Tabella 14. Classe strutturale Criteri X0 XC1 XC2/XC3 XC4 XD1/XS1 XD2/XS2 XD3/XS3 Incrementa Incrementa Incrementa Incrementa Incrementa Incrementa Incrementa Vita la classe la classe la classe la classe la classe la classe la classe di progetto di 100 anni di 2 di 2 di 2 di 2 di 2 di 2 di 2 Classe di resistenza Parti strutturali con geometria a piastra ≥ C30/37 Riduci classe di 1 ≥ C30/37 Riduci classe di 1 ≥ C35/40 Riduci classe di 1 ≥ C40/50 Riduci classe di 1 ≥ C40/50 Riduci classe di 1 ≥ C40/50 Riduci classe di 1 ≥ C45/55 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 [segue] 128 ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE Criteri X0 XC1 XC2/XC3 XC4 XD1/XS1 XD2/XS2 XD3/XS3 Incrementa Incrementa Incrementa Incrementa Incrementa Incrementa Incrementa Vita la classe la classe la classe la classe la classe la classe la classe di progetto di 100 anni di 2 di 2 di 2 di 2 di 2 di 2 di 2 Speciali controllo di qualità sui calcestruzzi Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Riduci classe di 1 Il calcestruzzo è classificato in classi di resistenza in base alla resistenza a compressione, espressa come resistenza caratteristica Rck oppure fck. La resistenza caratteristica Rck viene determinata sulla base dei valori ottenuti da prove di compressione monoassiale su provini cubi di 150 mm di lato, maturati 28 giorni; la resistenza caratteristica fck viene determinata invece utilizzando provini cilindrici di 150 mm di diametro e 300 mm di altezza. Le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004, che sono state recepite dal D.M. 14-01-2008, attualmente in vigore e pertanto sono divenute cogenti anche dal punto di vista legale per tutte le opere in c.a., e c.a.p. regolamentate dalla Legge n. 1086/1971, individuano per i calcestruzzo normale e pesante (per il calcestruzzo leggero si vedano le norme) le seguenti classi: – C8/10 – C12/15 – C16/20 – C20/25 – C25/30 – C28/35 – C30/37 – C32/40 – C35/45 – C40/50 – C45/55 – C50/60 – C55/67 – C60/75 – C70/85 – C80/95 – C90/105 – C100/115. Per ogni classe di resistenza, il primo dei valori rappresenta fck e il secondo Rck, ambedue espressi N/mm2. In base ai valori della resistenza caratteristica a compressione, i calcestruzzi sono suddivisi nei seguenti campi: – calcestruzzo non strutturale: C8/10 – C12/15; – calcestruzzo ordinario (NSC): C16/20 C45/55; – calcestruzzo ad alte prestazioni (HPC): C50/60 – C60/75; – calcestruzzo ad alta resistenza (HSC): C70/85 – C100/115. t 3.1. Classi di esposizione del calcestruzzo Le norme UNI EN 206-2006 e UNI 11104:2004 introducono 6 classi di esposizione per il calcestruzzo strutturale (dove oltre al massimo rapporto a/c e al minimo contenuti di cemento viene indicata anche la minima classe di resistenza), tali classi sono state riportate anche nelle Linee Guida sul Calcestruzzo strutturale edite dal Servizio Tecnico Centrale della Presidenza del Consiglio Superiore dei LL.PP.: – Assenza di rischio di corrosione dell’armatura – X0. – Corrosione delle armature indotta da carbonatazione: – XC1 – asciutto o permanentemente bagnato: a / cmax = 0,60; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 300; minima classe di resistenza: C25/30; – XC2 – bagnato, raramente asciutto: a / cmax = 0,60; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 300; minima classe di resistenza: C25/30; – XC3 – umidità moderata: a / cmax = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 320; minima classe di resistenza: C28/35; – XC4 – ciclicamente asciutto e bagnato: a / cmax = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/ m3) = 340; minima classe di resistenza: C32/40. 3. DURABILITÀ DELLE OPERE E SCELTA DEL COPRIFERRO MINIMO 129 – Corrosione delle armature indotta da cloruri esclusi quelli provenienti dall’acqua di mare: – XD1 – umidità moderata: a / cmax = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 320; minima classe di resistenza: C28/35; – XD2 – bagnato, raramente asciutto: a / cmax = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 340; minima classe di resistenza: C32/40; – XD3 – ciclicamente bagnato e asciutto: a / cmax = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/ m3) = 360; minima classe di resistenza: C35/45. – Corrosione delle armature indotta da cloruri presenti nell’acqua di mare: – XS1 – esposto alla salsedine marina ma non direttamente in contatto con l’acqua di mare: a / cmax = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 340; minima classe di resistenza: C32/40; – XS2 – permanentemente sommerso: a / cmax = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 360; minima classe di resistenza: C35/45; – XS3 – zone esposte agli spruzzi o alla marea: a / cmax = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 360; minima classe di resistenza: C35/45. – Attacco dei cicli di gelo/disgelo con o senza disgelanti: – XF1 – moderata saturazione d’acqua, in assenza di agente disgelante: a / cmax = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 320; minima classe di resistenza: C32/40; – XF2 – moderata saturazione d’acqua, in presenza di agente disgelante: a / cmax = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 340; minima classe di resistenza: C25/30; – XF3 – elevata saturazione d’acqua, in assenza di agente disgelante: a / cmax = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 340; minima classe di resistenza: C25/30; – XF4 – elevata saturazione d’acqua, con presenza di agente antigelo oppure acqua di mare: a / cmax = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 360; minima classe di resistenza: C28/35. – Attacco chimico (da parte di acque del terreno e acque fluenti): – XA1 – ambiente chimicamente debolmente aggressivo (UNI EN 206-1: a / cmax = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 320; minima classe di resistenza: C28/35; – XA2 – ambiente chimicamente moderatamente aggressivo (UNI EN 206-1): a / cmax = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 340; minima classe di resistenza: C32/40; – XA2 – ambiente chimicamente fortemente aggressivo (UNI EN 206-1): a / cmax = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m3) = 360; minima classe di resistenza: C35/45. Le classi di resistenza minime (N/mm2) sono espresse con due valori, riferiti il primo a provini cilindrici di diametro 150 mm ed altezza 300 mm (fck)e il secondo a provini cubici di spigolo pari a 150 mm (Rck). In letteratura, la classe di esposizione ambientale viene indicata con Dck, in analogia alla classe di resistenza che viene comunemente indicata con Rck (vedi tabella 15). t 3.2. Classi di consistenza del calcestruzzo La lavorabilità del calcestruzzo fresco, designata con il termine consistenza dalla normativa vigente, è un indice delle proprietà e del comportamento del calcestruzzo nell’intervallo di tempo tra la produzione e la compattazione dell’impasto in situ nella cassaforma. Secondo le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004, la consistenza deve essere determinata mediante le seguenti prove dai cui risultati vengono definite le classe di consistenza del calcestruzzo. 130 ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE Tabella 15. Classi di esposizione ambientale secondo UNI EN 206-1 Classe di esposizione ambientale Descrizione dell’ambiente di esposizione Contenuto minimo A/C massimo di cemento kg/m3 Esempi di condizioni ambientali UNI 9858 Cls per interni di edifici con umidità dell’aria molto bassa 1 – Rck minima N/mm2 Contenuto minimo di aria % Copriferro minimo mm C12/15 – 15 1. Assenza di rischio di corrosione o attacco X0 Molto secco 2. Corrosione delle armature per effetto della carbonatazione XC1 Cls per interni di edifici Secco o permanentemente con umidità relativa bassa bagnato o immerso in acqua 2a 0,65 260 C20/25 – 20 XC2 Bagnato, raramente secco Superfici in cls a contatto con acqua per lungo tempo es. fondazioni 2a 0,60 280 C25/30 – 20 XC3 Umidità moderata Cls per interni con umidità relativa moderata o alta e cls all’esterno protetto dalla pioggia 5a 0,55 280 C30/37 – 30 XC4 Ciclicamente bagnato ed asciutto Superfici in cls a contatto con l’acqua, non nella classe XC2 4a, 5b 0,50 300 C30/37 – 30 3. Corrosione delle armature per effetto dei cloruri esclusi quelli provenienti dall’acqua di mare XD1 Umidità moderata Superfici in cls esposte a nebbia salina 5a 0,55 300* C30/37 – 30 XD2 Bagnato, raramente asciutto Piscine; cls esposto ad acque industriali contenenti cloruri 4a, 5b 0,55 300 C30/37 – 30 5c 0,45 320 C35/45 – 40 4a, 5b 0,50 300 C30/37 – 30 XD3 Parti di ponti esposte Ciclicamente bagnato ed a spruzzi contenenti asciutto cloruri, pavimentazioni di parcheggi 4. Corrosione delle armature indotta da cloruri presenti nell’acqua di mare XS1 Esposto alla nebbia salina Strutture prossime o sulla ma non all’acqua di mare costa XS2 Permanentemente sommerso Parti di strutture marine 5c 0,45 320 C35/45 – 40 XS3 Zone esposte alle onde o alla marea Parti di strutture marine 5c 0,45 340 C35/45 – 40 2b 0,55 300 C30/37 – 30 C25/30 4,0 e aggregati resistenti al gelo/ disgelo 30 C30/37 4,0 e aggregati resistenti al gelo/ disgelo 30 5. Attacco dei cicli di gelo/disgelo con o senza sali disgelanti XF1 Moderata saturazione d’acqua in assenza di sali disgelanti Superfici verticali in cls esposte alla pioggia e al gelo XF2 Moderata saturazione d’acqua in presenza di sali disgelanti Superfici verticali in cls di strutture stradali esposte al gelo e nebbia dei sali disgelanti XF3 Elevata saturazione d’acqua in assenza di sali disgelanti Superfici orizzontali in cls esposte alla pioggia e al gelo 3, 4b 2b 0,55 0,50 300 320 [segue] 134 CAPITOLO 4 DISTANZA TRA COSTRUZIONI CONTIGUE La distanza tra costruzioni contigue deve essere tale da evitare fenomeni di “martellamento” e comunque non può essere inferiore alla somma degli spostamenti massimi determinati per lo SLV, calcolati per ciascuna costruzione con analisi lineare o analisi non lineare; in ogni caso la distanza tra due punti che si fronteggiano non può essere inferiore ad 1/100 della quota dei punti considerati misurata dal piano di fondazione, moltiplicata per (ag · S / 0,5 · g) ≤ 1. Qualora non si eseguano calcoli specifici, lo spostamento massimo di una costruzione non isolata alla base, può essere stimato in 1/100 dell’altezza della costruzione moltiplicata per ag · S / 0,5 · g. DH = (H / 100) · (ag · S / 0,5 g) dove: – H è l’altezza della costruzione misurata dal piano di fondazione. Durante il fenomeno del “martellamento” le oscillazioni che gli edifici hanno durante il terremoto non sono più “libere” nel loro movimento ma si modificano in base alle ripetute collisioni; in generale, gli spostamenti in corrispondenza dell’interfaccia delle strutture (del punto di contatto delle strutture) diminuiscono a causa degli impatti mentre gli spostamenti ai lati opposti aumentano a causa dell’ulteriore danneggiamento e della perdita di resistenza degli elementi strutturali. L’effetto del “martellamento”, per le due strutture che vengono in collisione è che le forze di taglio vengano distribuite in maniera diversa cambiando lo “scenario” di danneggiamento rispetto al caso di oscillazioni libere. Ne deriva che nel caso di due edifici contigui vada sempre previsto il giunto sismico, come ad esempio nella costruzione di un fabbricato in aderenza ad un altro esistente o nel caso in cui si intenda ampliare un fabbricato esistente senza alterare la sua struttura originaria. Esempio di dimensionamento di un giunto sismico Espressioni di SS e CC Categoria sottosuolo SS CC D 1,00 ≤ 2,40 – (1,50 · F0 ag / g) ≤ 1,80 1,05 · (TC*)–0,33 Valori massimi del coefficiente di amplificazione topografica Categoria sottosuolo Ubicazione dell’opera e dell’intervento ST T1 Terreno pianeggiante 1,0 Per SLV Ag = 0,1269 = ag / g F0 = 2,508 dove per SLV è SS = 2,40 – (1,50 · F0 · ag / g) = 2,40 – 1,50 x 2,508 x 0,1269 = 2,08 ne deriva che SS = 1,8 quindi S = (SS · ST) = 1,8. 136 CAPITOLO 5 TIPOLOGIE STRUTTURALI E RISOLUZIONE DELLO SCHEMA STATICO L’attuale normativa prevede per le strutture a scheletro indipendente in cemento armato le seguenti tipologie strutturali (vedi figura 40): Figura 40. Tipologie strutturali 5. TIPOLOGIE STRUTTURALI E RISOLUZIONE DELLO SCHEMA STATICO 137 – strutture a telaio; – strutture a pareti; – strutture miste telaio-pareti; – strutture deformabili torsionalmente; – strutture a pendolo inverso. Gli elementi fondamentali per il comportamento statico di un fabbricato si possono suddividere in strutturali e non strutturali. Sono elementi strutturali le travi, i pilastri, pareti, setti, i solai e le fondazioni, ecc; elementi non strutturali ma che interagiscano con lo scheletro portante del fabbricato sono i tamponamenti ed i tramezzi interni. t 5.1. Carichi verticali e masse La prima fase progettuale consiste nel definire i carichi agenti sulla costruzione in progetto. La descrizione e la definizione dei carichi nominali e/o caratteristici devono essere espressamente indicate negli elaborati progettuali. Le azioni permanenti da inserire nelle combinazioni di carico legate all’azione gravitazionale sono determinate a partire dalle dimensioni geometriche e dai pesi dell’unità di volume dei materiali di cui è composta la costruzione sia nelle parti strutturali sia in quelle non strutturali e sono distinti dalla normativa tra peso proprio degli elementi strutturali e carichi permanenti non strutturali compiutamente definiti (G1) e peso proprio degli elementi non strutturali portati non compiutamente definiti (G2). La distinzione tra i carichi G1 e G2 spetta al professionista. 5.1.1. Pesi propri dei materiali strutturali Per la determinazione dei pesi propri strutturali dei più comuni materiali possono essere assunti i valori dei pesi dell’unità di volume riportati nella Tab. 3.1.I del D.M. 14-01-2008. 5.1.2. Carichi permanenti non strutturali (G2) Sono considerati carichi permanenti non strutturali tutti i carichi non rimovibili durante il normale esercizio della costruzione, quali quelli relativi a tamponature esterne, divisori interni, massetti, isolamenti, pavimenti e rivestimenti del piano di calpestio, intonaci, controsoffitti, impianti ed altro. In alcuni casi caso è necessario considerare situazioni transitorie in cui essi non siano presenti. In presenza di orizzontamenti anche con orditura unidirezionale ma con capacità di ripartizione trasversale, i carichi permanenti portati ed i carichi variabili potranno assumersi, per la verifica d’insieme, come uniformemente ripartiti. In caso contrario, occorre valutarne le effettive distribuzioni. 5.1.3. Elementi divisori interni (tramezzi) Per gli orizzontamenti degli edifici per abitazioni e uffici, il peso proprio di elementi divisori interni (tramezzi) potrà essere ragguagliato ad un carico permanente portato uniformemente distribuito g2k, purché vengano adottate le misure costruttive atte ad assicurare una adeguata ripartizione 138 ZONE SISMICHE – PROGETTI E PRATICHE PER IL GENIO CIVILE del carico. Il carico uniformemente distribuito g2k ora definito dipende dal peso proprio per unità di lunghezza G2k delle partizioni nel modo seguente: – per elementi divisori con G2 ≤ 1,00 kN/m: g2 = 0,40 kN/m2; – per elementi divisori con 1,00 < G2 ≤ 2,00 kN/m: g2 = 0,80 kN/m2; – per elementi divisori con 2,00 < G2 ≤ 3,00 kN/m: g2 = 1,20 kN/m2; – per elementi divisori con 3,00 < G2 ≤ 4,00 kN/m: g2 = 1,60 kN/m2; – per elementi divisori con 4,00 < G2 ≤ 5,00 kN/m: g2 = 2,00 kN/m2. I tramezzi e gli impianti leggeri di edifici per abitazioni e uffici possono assumersi, in genere, come carichi equivalenti distribuiti, purché i solai abbiano adeguata capacità di ripartizione trasversale. 5.1.4. Carichi variabili I carichi variabili comprendono i carichi legati alla destinazione d’uso dell’opera; i modelli di tali azioni possono essere costituiti da: – carichi verticali uniformemente distribuiti qk [kN/m2]; – carichi verticali concentrati Qk [kN]; – carichi orizzontali lineari Hk [kN/m]. I valori nominali e/o caratteristici qk, Qk ed Hk sono riportati nella tabella 16. Tali valori sono comprensivi degli effetti dinamici ordinari, purché non vi sia rischio di risonanza delle strutture. I carichi verticali concentrati Qk formano oggetto di verifiche locali distinte e non vanno sovrapposti ai corrispondenti carichi verticali ripartiti; essi devono essere applicati su impronte di carico appropriate all’utilizzo ed alla forma dell’orizzontamento; in assenza di precise indicazioni può essere considerata una forma dell’impronta di carico quadrata pari a 50 x 50 mm, salvo che per le rimesse ed i parcheggi, per i quali i carichi si applicano su due impronte di 200 x 200 mm, distanti assialmente di 1,80 m. Tabella 16. Carichi variabili secondo il D.M. 14-01-2008, con indicato le modifiche rispetto al D.M. 1996 Cat. CATEGORIA A Ambienti ad uso residenziale Sono compresi in questa categoria i locali di abitazione e relativi servizi, gli alberghi (ad esclusione delle aree suscettibili di affollamento) Uffici Cat. B1 Uffici non aperti al pubblico Cat. B2 Uffici aperti al pubblico Ambienti suscettibili di affollamento Cat. C1 Ospedali, ristoranti, caffè, banche, scuole Cat. C2 Balconi, ballatoi e scale comuni, sale convegni, cinema, teatri, chiese, tribune con posti fissi Cat. C3 Ambienti privi di ostacoli per il libero movimento delle persone, quali musei, sale per esposizioni, stazioni ferroviarie, sale da ballo, palestre, tribune libere, edifici per eventi pubblici, sale da concerto, palazzetti per lo sport e relative tribune B C qk [kN/m2] 2,00 Qk [kN] 2,00 Hk [kN/m] 1,00 2,00 3,00 2,00 2,00 1,00 1,00 3,00 4,00 2,00 4,00 1,00 2,00 5,00 5,00 3,00 [segue] 139 5. TIPOLOGIE STRUTTURALI E RISOLUZIONE DELLO SCHEMA STATICO Cat. D E F G CATEGORIA Ambienti ad uso commerciale Cat. D1 Negozi Cat. D2 Centri commerciali, mercati, grandi magazzini, librerie … qk [kN/m2] Qk [kN] Hk [kN/m] 4,00 5,00 4,00 5,00 2,00 2,00 6,00 – 1,00* – Biblioteche, archivi, magazzini e ambienti ad uso industriale Cat. E1 Biblioteche, archivi, magazzini, depositi, laboratori manifatturieri > 6,00 Cat. E2 Ambienti ad uso industriale, da valutarsi caso per caso – Rimesse e parcheggi Cat. F Rimesse e parcheggi per il transito di automezzi di peso a pieno carico fino a 30 kN 2,50 Cat. G Rimesse e parcheggi per transito di automezzi di peso a pieno carico superiore a 30 kN: da valutarsi caso per caso – Coperture e sottotetti Cat. H1 Coperture e sottotetti accessibili per sola manutenzione 0,50 Cat. H2 Coperture praticabili x Cat. H3 Coperture speciali (impianti, eliporti, altri) da valutarsi caso per caso – 2x10,00 1,00** – – 1,20 x 1,00 x – – * non comprende le azioni orizzontali eventualmente esercitate dai materiali immagazzinati; ** per i soli parapetti o partizioni nelle zone pedonali. Le azioni sulle barriere esercitate dagli automezzi dovranno essere valutate caso per caso; x SECONDO LA CATEGORIA DI APPARTENENZA. 5.1.5. Carico neve Il carico neve dipende dalla Zona e dall’altitudine as sul livello del mare. Il carico neve si calcola con la formula qs = mi · qsK · CE · Ct dove: – qsK è il valore del carico caratteristico di riferimento al suolo, per un periodo di ritorno di 50 anni; – CE, è il coefficiente di esposizione che dipende dalle caratteristiche specifiche del luogo in cui sorge l’opera e di solito è assunto pari ad 1; – Ct è il coefficiente termico tiene conto della riduzione del carico neve a causa dello scioglimento di questa; la norma suggerisce Ct = 1. Il coefficiente di forma mi per coperture dipende dalla forma della copertura e dal numero delle falde e dalla loro pendenza. 5.1.6. Azione del vento Non ci sono molte modifiche nella metodologia di calcolo rispetto al D.M. 1996, sono modificate letteralmente alcune formule mentre cambia il calcolo della la pressione cinetica di riferimento qb. qb = ½ r Vb2(nel D.M. 1996 si ha = V2ref / 1,6 r = 1,25) r è la densità dell’aria assunta convenzionalmente pari a 1,25 kg/m3. La velocità di riferimento caratteristica Vb a 10 m di altezza, su suolo con categoria di esposizione II, riferita ad un tempo di ritorno di 50 anni, si calcola con: